EP3995236A1 - Additiv hergestelltes bauteil mit stützstruktur und verfahren zu herstellung eines solchen - Google Patents

Additiv hergestelltes bauteil mit stützstruktur und verfahren zu herstellung eines solchen Download PDF

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EP3995236A1
EP3995236A1 EP20205689.1A EP20205689A EP3995236A1 EP 3995236 A1 EP3995236 A1 EP 3995236A1 EP 20205689 A EP20205689 A EP 20205689A EP 3995236 A1 EP3995236 A1 EP 3995236A1
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EP
European Patent Office
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finished part
support structure
connection
component
section
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP20205689.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Vinzenz MÜLLER
Ole Geisen
Michael Hajduk
Timo HEITMANN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Energy Global GmbH and Co KG filed Critical Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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Priority to PCT/EP2021/073954 priority patent/WO2022096174A1/de
Priority to CN202180074402.4A priority patent/CN116367942B/zh
Priority to EP21769728.3A priority patent/EP4161721B1/de
Priority to US18/029,480 priority patent/US12325069B2/en
Publication of EP3995236A1 publication Critical patent/EP3995236A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
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    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
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    • B28B1/001—Rapid manufacturing of 3D objects by additive depositing, agglomerating or laminating of material
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the invention relates to an additively manufactured component for the further manufacture of a finished part, the finished part requiring a support structure due to its design, since direct manufacture of the entire finished part using known manufacturing processes is not possible without the support structure. Furthermore, the invention relates to the corresponding method for producing the component.
  • finished parts When using support structures that extend from the base to the problematic section of the finished part, it is particularly disadvantageous if the distance from the base to the finished part is very large. Furthermore, finished parts sometimes have a geometry in which the use of support structures starting from the base area to support problematic sections is not possible.
  • the support structures used are connected to a section of the finished part that is initially unproblematic to produce in order to be able to support the problematic section from there.
  • the generic component is first of all produced in a powder bed production process. Which of the known production methods was used is initially irrelevant. At a minimum, the powder bed fabrication process defines a ground plane that extends in an X-direction and a Y-direction. In this case, the component is constructed from the base plane, with the base plane thus also defining a Z-direction of the component. In this regard, it should be noted that the ground plane for the definition of the generic component only allows the definition of coordinates or an orientation.
  • the type of component involved is also initially irrelevant. At least the solution according to the invention is suitable in particular for a component which consists of a metallic material. Likewise, the embodiment can advantageously be used in a component made of a ceramic material.
  • the component considered here includes a finished part.
  • the finished part can represent an end product, but as a rule the finished part is also subjected to further manufacturing processes.
  • the finished part can be divided into different sections with regard to manufacturability in relation to the powder bed manufacturing process used. There is at least one simple subsection, which is characterized in that this area of the finished part, starting from the base plane, can be produced directly in the powder bed production process without a support structure.
  • the finished part includes a difficult section, which is characterized in that its production is not readily possible in the powder bed manufacturing process, requiring the use of a support structure to achieve the desired result.
  • the component under consideration also includes at least one support structure, which enables the production of the difficult section.
  • the support structure is connected to the difficult section via a second partial connection.
  • the support structure is connected to the simple partial section with a first partial connection. This enables a difficult subsection to be supported even if the distance from the base plane is greater or if there is a lack of accessibility between the base plane and the difficult subsection.
  • the first partial connection is made by means of a large number of separate connection points is realized and thereby extends over a much larger surface area in contrast to the known design. It is essential here that each individual connection point is selected as small as possible. Accordingly, it is provided that an equivalent diameter of the respective connection point is at most 1 mm. The equivalent diameter results from the determination of the smallest cross-section of the respective connection point as connection of the support structure with the simple section of the finished part.
  • connection between the support structure and the simple section is essentially realized by the connection points in the first partial connection.
  • the number of connection points in relation to the size of the bridge element(s) should be selected in such a way that the total cross-sectional area of the connection points is at least 5 times the cross-sectional area of the bridge elements in total. It is particularly advantageous if the cross-sectional area of the connection points corresponds to at least 20 times the cross-sectional area of the bridge element(s).
  • connection points are as small as possible and the bridge element is as narrow as possible. Accordingly, it is advantageous if the width of the bridge element or bridge elements is at most 1 mm. Furthermore, it is advantageous if the equivalent diameter of the connection points is at most 0.5 mm.
  • connection points are at least twice the equivalent diameter.
  • distance between adjacent connection points corresponds to at least five times the equivalent diameter.
  • the distance between the finished part and the support structure in the first partial connection is chosen to be as small as possible. Accordingly, it is advantageous if the distance between the finished part and the support structure is at most 1 mm in at least the major part (i.e. in the region of at least 50% of the area) of the first partial connection. In addition, it is particularly advantageous if the distance is at most 0.6 mm.
  • the powder bed manufacturing process used leads to a specific expansion of the melting point, starting from a Beam center of the energy-intensive beam used - usually a laser beam.
  • a beam guided along a vector leads to a melting of the powdered material with a process-dependent width and depth of the broken-down material. Accordingly, a specific melting point extension can be determined as the average value of width and depth for the component.
  • connection points it is particularly advantageous if the equivalent diameter of the connection points is smaller than the specific melting point expansion. Derived from this, it is obvious that when producing the connection points, the material must not be continuously melted from the support structure to the finished part.
  • a bridge element should preferably be provided. It is particularly advantageous if this bridge element is arranged on the edge of the first partial connection pointing towards the ground plane.
  • a model of a finished part is first required. Taking into account the intended manufacturing process in the powder bed manufacturing process, it can be determined which area of the finished part can be manufactured directly in the intended process without additional support structures and which area of the Finished part cannot be reproduced in the desired quality without auxiliary measures.
  • the first area which can be produced starting from the basic plane, forms the simple section.
  • the area that cannot be built without auxiliary measures can be defined as a difficult section.
  • the actual production of the component can now take place in the powder bed manufacturing process, in which a powdered material is introduced into a construction space in layers, with the geometry of the component being shaped by melting the powdered material layer by layer is mapped.
  • an energy-intensive beam - usually a laser beam - is used, which leads to a melting of the surrounding powdery material at the respective center point of the beam.
  • connection of the support structure to the simple partial section via a first partial connection is essential for the embodiment according to the invention, the first partial connection being formed according to the embodiment according to the invention or an embodiment advantageous thereto by the layered melting process.
  • the correct depiction of the finished part with the aid of the support structure is favored if the geometry is advantageous in each layer first of the support structure and only then the geometry of the finished part is generated.
  • connection points are designed to be as small as possible, but that there is still sufficient stability to secure the position of the support structure. Taking into account that the surrounding material melts around the center of the beam, it is particularly advantageous in order to achieve small connection points if the center of the beam is always at a distance from the finished part, i.e. from the subsequently produced geometry of the finished part, when creating the connection points. This means that the connecting points can be selected to be smaller than the width of the material melted on both sides of the laser beam. It is obvious that for the embodiment according to the invention in the first partial connection the center of the beam must be spaced apart from the connection points from the finished part, since there is no direct connection between the support structure and the finished part next to the connection points.
  • the distance from the center of the beam to the finished part must not be greater than a radius of the material melted by the beam in order to be able to ensure the actual connection of the support structure to the finished part at the respective connection point.
  • connection points can be advantageously achieved if the distance from the center of the beam to the finished part is at least 0.05 mm. This ensures that the width of the connection point is smaller than the width of the material melted by the jet. It is particularly advantageous if the distance from the center of the beam to the finished part is at least 0.1 mm.
  • the distance between the two sections is as small as possible. This improves heat dissipation from the support structure to the finished part and increases the stability of the connection. It is therefore advantageous if the distance from the center of the beam during production of the support structure in the area of the first partial connection to the finished part is a maximum of 1.5 mm. This applies to at least half the extent of the first partial connection. A maximum spacing of 1 mm is preferably maintained. However, it is particularly advantageous if the distance is less than or at most 0.7 mm. Furthermore, it is particularly advantageous if the distance is at most 1.5 mm or preferably at most 1 mm or particularly preferably at most 0.7 mm over as large a proportion of the first partial connection, for example over a surface proportion of at least 90%.
  • the expansion of the melting point i.e. the width and depth of the broken down material, starting from the center of the beam, is not only dependent on the intensity of the beam, for example, but also depends on the position of the component in the respective installation space. This is due in particular to the different deflection of the beam depending on the position in the installation space. Accordingly, the component has a locally specific melting point expansion as the average of the local width and depth.
  • the equivalent diameter is smaller than the specific melting point expansion, determined at the position of the respective connection point, in a particularly advantageous manner.
  • a specific melting radius can be determined as the expansion of the melted powdery material, measured from the center of the beam, perpendicular to the finished part.
  • connection points In order to achieve a sufficiently small cross-section when creating the connection points, it is advantageous to maintain a distance from the center of the beam to the finished part of at least 0.1 times the melting radius. However, it is particularly advantageous if the distance corresponds to at least 0.5 times the melting radius, as a result of which a particularly small cross section of the respective connection point can be realized.
  • the distance from the center of the beam to the finished part corresponds to a maximum of 0.9 times the melting radius.
  • the distance when the respective connection point is produced corresponds to at most 0.8 times the melting radius.
  • the beam is advantageously guided in such a way that the distance over the majority of the first partial connection corresponds to a maximum of 10 times the melting radius. Heat can thus be transferred via the powdered material lying between the support structure and the finished part. It is more advantageous if the distance is the highest corresponds to 5 times the melting radius. It is particularly advantageous if the smallest possible distance is selected between the support structure and the precast part, but this does not lead to a direct connection between the support structure and the precast part in the first partial connection (i.e. obvious without considering connection points and possible bridge elements). comes. Accordingly, a distance of at most 0.3 times the melting radius is selected particularly advantageously. This considerably improves heat transfer via the small intermediate layer of powder.
  • connection points or the connection points and the bridge element—the connection points should be as small as possible according to the invention.
  • the vector along which the beam is guided when imaging the support structure corresponds to the vector along which the beam is guided when imaging the finished part becomes, aligns.
  • the opposing melting zones meet at the connection points at the end of the respective vector or ray when imaging the support structure on the one hand and when imaging the finished part on the other side. This allows the cross-section of each connection point to be advantageously determined in advance given fixed vectors for the ray.
  • a first exemplary embodiment of a component 01 according to the invention is outlined purely schematically, which 01 has a finished part 02 and a support structure 05. Basically, only the finished part 02 is required for subsequent processes, while the support structure 05, on the other hand, is only intended to enable the manufacturing process and is actually undesirable in this respect.
  • component 01 is built up starting from a base plane 09 .
  • component 01 is delimited on one side by just that ground plane 09.
  • the base plane 09 extends in an X-direction and a Y-direction and defines a Z-direction in which the component 01 is built up in layers.
  • the intended manufacturing process restricts the possible design of the component, since depending on the geometry, the imaging of this geometry is sometimes not easily possible. This leads to a possible demarcation of the finished part 02 into an area, the simple partial section 03, which 03 can easily be produced in the intended production process. In contrast, the finished part 02 has another area, the difficult section 04, which 04 cannot be reproduced without errors in the intended manufacturing process without additional measures.
  • the difficult section 04 connected to the simple section 02 via ribs 07, protrudes freely in the direction of the base plane 09, without it being possible to construct the difficult section 04 starting from the base plane 09.
  • a support structure 05 is now required to enable the production of the finished part 02 with the difficult partial section 04 .
  • the support structure 05 is connected to the simple sub-section 03 via a first sub-connection 21 and to the difficult sub-section 04 via a second sub-connection 22 .
  • FIG 2 a further exemplary embodiment of a component 11 according to the invention is schematically outlined.
  • This 11 also includes a finished part 12 and a support structure 15.
  • the finished part 12 has a pot-like shape that is open to the base plane 09.
  • the vertical wall extending in the Z-direction forms a simple section 13 and the horizontal wall extending parallel to the base plane 09 forms the difficult section 14.
  • a support structure 15 is used, which is connected to the simple subsection 13 via a first subconnection 31 and to the difficult subsection 14 via a second subconnection 32 .
  • the finished part 02 of the component 01 outlined, with only half being shown.
  • the structure of the finished part 02 can be seen, starting from the base plane 09, which 09 extends in an X-direction and a Y-direction, in the direction of the Z-axis.
  • the simple subsection 03 can be produced, while the difficult subsection 04 is more or less hanging freely in the air and the beginning of the layered structure is therefore missing. Accordingly, the support structure 05 is required here.
  • the area of the first partial connection 21 of the component 01 is shown schematically.
  • the invention provides that the connection between the simple section 03 of the finished part 02 of the support structure 05 is realized by a large number of small connection points 24, and a small free distance remains between the connection points 24.
  • connection points 24 in the form of a bridge element 23 .
  • the figure 6 in detail, the first partial connection 21 in the area of the bridge element 23 and the connection point 24 located above it.
  • the bridge element 23 is provided on the lower edge of the support structure 05 as a connection to the finished part in order to be able to initially ensure adequate heat dissipation.
  • the width 25 of the bridge element should also be selected as small as possible. It has proven advantageous if the bridge element is imaged over a few layers in the powder bed manufacturing process.
  • connection points 24 are chosen to be as small as possible.
  • an equivalent diameter 26 of the connection point 24 is smaller than the usual width of the material melted by the manufacturing process. In this way, the support structure 05 can be removed more easily from the finished part 02 in the subsequent process.
  • the distance 27 between the support structure 05 and the finished part 02 in the first partial connection 21 is chosen low. Between the support structure 05 and the finished part 02, it is obvious that particles 08 of the powdered material used in the manufacturing process are trapped. The small distance promotes heat transfer from the support structure 05 to the finished part 02 via the particles 08 enclosed between them.
  • FIG figure 7 The production of the component 01 in the intended powder bed production process in the area of the first partial connection 21 is shown schematically in FIG figure 7 sketched.
  • Support structure 05 is sketched to some extent on the right side.
  • Sections of finished part 02 are located opposite on the left-hand side.
  • an energy-intensive beam is used to melt the surrounding particles.
  • the respective beam is guided along a vector 31, 32.
  • a melting radius 34 can be determined at the end of each vector, which 34 indicates the expansion of the melting zone, starting from the center of the beam, at the end of the vector in the direction of the finished part 02.
  • connection point 24 has an equivalent diameter 26 which is smaller than the melting point extension 33 .
  • a distance 35 from the center of the beam to the finished part 02 is advantageously selected when imaging the connection points 24, which is 24 less than the melting radius 34, but advantageously greater than 0.6 times the melting radius 34.
  • the position of the respective vectors 31 for imaging the finished part 02 and the vectors 32 for imaging the support structure 05 can be inferred from the representation.
  • a defined, predictable equivalent diameter 26 of the connection point 24 is provided in this embodiment that the vectors 31, 32 are aligned with each other.
  • the distance 27 between the support structure 05 and the finished part 02 is chosen to be as small as possible.
  • an uncontrolled connection between the connection points 24 is to be avoided. It is therefore provided that the distance 36 from the center of the beam to the finished part 02 in the first partial connection 21 between the connection points 24 corresponds approximately to 2 to 3 times the melting radius 34 .

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauteil (01), das in einem Pulverbett-Fertigungsprozess ausgehend von einer Grundebene (09) hergestellt wurde. Dabei umfasst das Bauteil (01) ein Fertigteil (02) und eine Stützstruktur (05). Das Fertigteil (02) lässt sich aufteilen in einen einfachen, von der Grundebene (09) ohne Stützstruktur (05) herstellbaren Teilabschnitt (03) und in einen schwierigen, nicht ohne eine Stützstruktur (05) herstellbaren Teilabschnitt (04). Die Stützstruktur (05) ist über einer erste Teilanbindung (21) mit dem einfachen Teilabschnitt (03) und über eine zweite Teilanbindung (22, 32) mit dem schwierigen Teilabschnitt (04) verbunden.Zur Vereinfachung der nachfolgenden Bearbeitung ist vorgesehen, dass die erste Teilanbindung (21) eine Vielzahl Verbindungspunkte (24) mit einem äquivalenten Durchmesser (26) von höchstens 1 mm aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein additiv hergestelltes Bauteil zur weiteren Herstellung eines Fertigteils, wobei das Fertigteil aufgrund der Gestaltung eine Stützstruktur erfordert, da eine unmittelbare Fertigung des gesamten Fertigteils mittels bekannter Fertigungsprozesse ohne die Stützstruktur nicht möglich ist. Weiterhin betrifft die Erfindung das entsprechende Verfahren zur Herstellung des Bauteils.
  • Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur additiven Herstellung eines Bauteils bekannt. Relevant in diesem Zusammenhang ist die Herstellung in dem sogenannten Pulverbett-Fertigungsprozess, bei dem ein schichtweiser Aufbau des Bauteils erfolgt. Zu Herstellung eines metallischen Bauteils wird hierbei in aller Regel das sogenannte SLM-Verfahren (Selective-Laser-Melting Verfahren) eingesetzt, bei dem schichtweise an der Stelle des jeweiligen Bauteils ein pulverförmiger Werkstoff aufgeschmolzen wird. In diesem Prozess erfolgt die Herstellung des Bauteils ausgehend von einer Grundfläche auf der schichtweise das entsprechende Pulver aufgetragen wird.
  • Nun ist es aus dem Stand der Technik bekannt, dass keine beliebigen Geometrien ohne entsprechende Hilfsmaßnahmen herstellbar sind. Auftretende Probleme können einerseits die unzureichende Wärmeabfuhr der durch den Schmelzprozess eingebrachten Wärme oder andererseits ein lokales Absinken der gerade hergestellten Struktur im Pulverbett mit der Folge einer ungenauen Abbildung des Fertigteils sein. Daher werden regelmäßig Stützstrukturen eingesetzt, welche nach Herstellung des Bauteils wieder entfernt werden müssen, um das Fertigteil zu erhalten. Um einerseits den Aufwand zur Herstellung der Stützstrukturen als auch um den Aufwand zur Entfernung der Stützstruktur gering zu halten, wird versucht, die jeweilige Stützstruktur auf das Notwendige zu reduzieren. Dabei werden in aller Regel die Stützstrukturen ausgehend von der Grundfläche aufgebaut.
  • Bei der Verwendung von Stützstrukturen, welche sich von der Grundfläche aus bis zu dem problematischen Teilabschnitt des Fertigteils erstrecken, ist es von besonderem Nachteil, wenn der Abstand von der Grundfläche bis zum Fertigteil sehr groß ist. Weiterhin weisen mitunter Fertigteile Geometrie hinauf, bei denen der Einsatz von Stützstrukturen ausgehend von der Grundfläche zur Abstützung von problematischen Teilabschnitten nicht möglich ist.
  • In diesen Fällen werden die eingesetzten Stützstrukturen einerseits an einem zunächst unproblematisch herstellbaren Teilabschnitt des Fertigteils angebunden, um von dort ausgehend den problematischen Teilabschnitt abstützen zu können. Als nachteilig erweist es sich in aller Regel, dass gerade in diesen Fällen die Zugänglichkeit zu den Stützstrukturen erschwert ist und somit die Entfernung der Stützstruktur mit besonderen Schwierigkeiten verbunden ist.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Stützstruktur bereitzustellen, deren Entfernung vom Bauteil einfacher zu realisieren ist.
  • Die gestellte Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Bauteils nach der Lehre des Anspruchs 1 gelöst. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines derartigen Bauteils ist im Anspruch 7 angegeben. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Das gattungsgemäße Bauteil ist zunächst einmal in einem Pulverbett-Fertigungsprozess hergestellt. Welche der hierzu bekannten Herstellungsweisen angewendet wurde, ist zunächst unerheblich. Zumindest definiert der Pulverbett-Fertigungsprozess eine Grundebene, welche sich in einer X-Richtung und einer Y-Richtung erstreckt. Dabei ist das Bauteil von der Grundebene aus aufgebaut, wobei die Grundebene somit auch eine Z-Richtung des Bauteils definiert. Diesbezüglich ist anzumerken, dass die Grundebene für die Definition des gattungsgemäßen Bauteils lediglich die Festlegung von Koordinaten bzw. einer Ausrichtung ermöglicht.
  • Um welche Art von Bauteil es sich hierbei handelt, ist ebenso zunächst unerheblich. Zumindest eignet sich die erfindungsgemäße Lösung insbesondere bei einem Bauteil, welches aus einem metallischen Werkstoff besteht. Gleichfalls kann die Ausführungsform vorteilhaft bei einem Bauteil aus einem keramischen Werkstoff Verwendung finden.
  • Das hier betrachtete Bauteil umfasst ein Fertigteil. Dabei kann das Fertigteil ein Endprodukt darstellen, jedoch wird in aller Regel auch das Fertigteil weiteren Herstellungsprozessen unterzogen. Das Fertigteil lässt sich in Bezug auf den verwendeten Pulverbett-Fertigungsprozess in verschiedene Abschnitte hinsichtlich der Herstellbarkeit unterteilen. So gibt es zumindest einen einfachen Teilabschnitt, welcher sich dadurch gekennzeichnet, dass dieser Bereich des Fertigteils von der Grundebene ausgehend, ohne eine Stützstruktur unmittelbar im Pulverbett-Fertigungsprozess herstellbar ist. Weiterhin umfasst das Fertigteil einen schwierigen Teilabschnitt, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass dessen Herstellung im Pulverbett-Fertigungsprozess nicht ohne weiteres möglich ist, sodass zur Erzielung des gewünschten Ergebnisses die Verwendung einer Stützstruktur erforderlich ist.
  • Entsprechend umfasst das betrachtete Bauteil weiterhin zumindest eine Stützstruktur, welche die Herstellung des schwierigen Teilabschnitts ermöglicht. Dabei ist die Stützstruktur über eine zweite Teilanbindung mit dem schwierigen Teilabschnitt verbunden. In Abgrenzung zu Ausführungen, bei denen die Stützstruktur sich gleichfalls von der Grundebene aus erstreckt, ist in diesem Falle vorgesehen, dass die Stützstruktur mit einer ersten Teilanbindung mit dem einfachen Teilabschnitt verbunden ist. Somit ist eine Abstützung eines schwierigen Teilabschnitts auch bei größerer Entfernung von der Grundebene oder bei mangelnder Zugänglichkeit zwischen Grundebene und dem schwierigen Teilabschnitt ermöglicht.
  • Wenn nun im Stand der Technik üblicherweise versucht wird, bei derartigen Stützstrukturen den Querschnitt möglichst gering zu halten und insbesondere eine in der Erstreckung möglichst kleine Verbindung zwischen der Stützstruktur und dem Fertigteil zu realisieren, ist im Gegensatz erfindungsgemäß vorgesehen, dass die erste Teilanbindung mittels einer Vielzahl voneinander getrennter Verbindungspunkte realisiert wird und sich hierdurch über einen im Gegensatz zur bekannten Ausführung wesentlich größeren Flächenbereich erstreckt. Wesentlich ist es hierbei, dass jeder einzelne der Verbindungspunkte möglichst klein gewählt wird. Entsprechend ist vorgesehen, dass ein äquivalenter Durchmesser des jeweiligen Verbindungspunktes höchstens 1 mm beträgt. Der äquivalente Durchmesser ergibt sich hierbei aus der Bestimmung des kleinsten Querschnittes des jeweiligen Verbindungspunktes als Verbindung der Stützstruktur mit dem einfachen Teilabschnitt des Fertigteils.
  • Durch die Verwendung einer Vielzahl kleiner Verbindungspunkte, anstelle einer einzelnen, möglichst klein gewählten Verbindung zwischen der Stützstruktur und dem einfachen Teilabschnitt, wird insbesondere die mechanische Entfernung der Stützstruktur vom einfachen Teilabschnitt, d. h. der Trennung in der ersten Teilanbindung, deutlich erleichtert. Dies ist insbesondere von besonderem Vorteil, da die vorgesehene Lösung gerade für diejenigen Anwendungsfälle vorgesehen ist, bei denen eine erschwerte Zugänglichkeit gegeben ist. Gleichwohl kann die Lösung auch eingesetzt werden, wenn eine gute Zugänglichkeit vorhanden ist.
  • Ausgehend von der erfindungsgemäßen Lösung mit der Vielzahl an Verbindungspunkten kann es jedoch zur Sicherstellung des Aufbaus von Stützstruktur und Fertigteil erforderlich werden, örtlich begrenzt in der ersten Teilanbindung eine verbesserte Verbindung, zum Beispiel zur besseren Wärmeabfuhr, zu schaffen. Daher wird eine Ausführung als von der Erfindung umfasst angesehen, bei der ein Brückenelement oder mehrere Brückenelemente in der ersten Teilanbindung eingesetzt werden. Zur Gewährleistung der erfindungsgemäßen Wirkung wird dabei jedoch gefordert, dass das Brückenelement bzw. jedes der Brückenelemente eine maximale Breite von 2 mm aufweist, wobei die Erstreckung in zweiter Richtung zunächst unerheblich ist.
  • Wenn ein Brückenelement oder mehrere Brückenelemente vorhanden sind, so ist es besonders vorteilhaft, wenn in der ersten Teilanbindung die Verbindung zwischen der Stützstruktur und dem einfachen Teilabschnitt im Wesentlichen von den Verbindungspunkten realisiert wird. Hierbei ist die Anzahl der Verbindungspunkte im Verhältnis zur Größe des/der Brückenelemente derart zu wählen, dass die Querschnittsfläche der Verbindungspunkte in Summe zumindest der 5-fachen Querschnittsfläche des/der Brückenelemente in Summe entspricht. Besonders vorteilhaft ist, wenn die Querschnittsfläche der Verbindungspunkte zumindest der 20-fachen Querschnittsfläche des/der Brückenelemente entspricht.
  • Eine verbesserte Ablösung der Stützstruktur vom Fertigteil wird erreicht, wenn die Verbindungspunkte möglichst klein sowie das Brückenelement möglichst schmal gewählt werden. Entsprechend ist es von Vorteil, wenn die Breite des Brückenelements bzw. der Brückenelemente höchstens 1 mm beträgt. Weiterhin ist es von Vorteil, wenn der äquivalente Durchmesser der Verbindungspunkte höchstens 0,5 mm beträgt.
  • Weiterhin ist ein größerer Abstand zwischen den Verbindungspunkten vorteilhaft. Entsprechend ist es zu bevorzugen, dass der Abstand zwischen benachbarten Verbindungspunkten zumindest dem Zweifachen des äquivalenten Durchmessers entspricht. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn der Abstand zwischen benachbarten Verbindungspunkten zumindest dem Fünffachen des äquivalenten Durchmessers entspricht.
  • Um die Stabilität sowie die Wärmeabfuhr der ersten Teilanbindung zu verbessern, ist es vorteilhaft, wenn der Abstand zwischen dem Fertigteil und der Stützstruktur in der ersten Teilanbindung möglichst gering gewählt wird. Entsprechend ist es vorteilhaft, wenn in zumindest dem mehrheitlichen Anteil (d.h. im Bereich von zumindest 50% der Fläche) der ersten Teilanbindung der Abstand zwischen dem Fertigteil und der Stützstruktur höchstens 1 mm beträgt. Besonders vorteilhaft ist es darüber hinaus, wenn der Abstand höchstens 0,6 mm beträgt.
  • Der verwendete Pulverbett-Fertigungsprozess führt zu einer spezifischen Ausdehnung des Schmelzpunktes ausgehend von einem Strahlmittelpunkt des eingesetzten energieintensiven Strahls - in der Regel eines Laserstrahls. So führt beispielsweise ein entlang eines Vektors geführter Strahl zu einem Aufschmelzen des pulverförmigen Materials mit einer prozessabhängigen Breite und Tiefe des aufgeschlossenen Materials. Entsprechend lässt sich eine spezifische Schmelzpunktausdehnung als gemittelter Wert von Breite und Tiefe für das Bauteil bestimmen.
  • Wird nun die vorteilhafte Ausführung mit möglichst kleinen Verbindungspunkten betrachtet, so ist es besonders vorteilhaft, wenn der äquivalente Durchmesser der Verbindungspunkte kleiner ist als die spezifische Schmelzpunktausdehnung. Hieraus abgeleitet ist es offensichtlich, dass bei Herstellung der Verbindungspunkte kein durchgehendes Aufschmelzen des Materials von der Stützstruktur bis zum Fertigteil erfolgen darf.
  • Grundsätzlich ist es vorteilhaft, wenn kein Brückenelement erforderlich ist. Sofern jedoch eine hinreichende Stabilität für die Stützstruktur in Abstützung an den einfachen Teilabschnitt sowie eine hinreichende Wärmeabfuhr von der Stützstruktur über den einfachen Teilabschnitt nicht bereits mit den Verbindungspunkten erzielt werden kann, so ist vorzugsweise ein Brückenelement vorzusehen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn dieses Brückenelement am zur Grundebene weisenden Rand der ersten Teilanbindung angeordnet ist.
  • Zur Herstellung des gattungsgemäßen Bauteils wird zunächst ein Modell eines Fertigteils benötigt. Unter Berücksichtigung des vorgesehenen Herstellungsprozesses im Pulverbett-Fertigungsprozess lässt sich ermitteln, welcher Bereich des Fertigteils ohne weitere Stützstrukturen unmittelbar im vorgesehenen Prozess herstellbar ist und welcher Bereich des Fertigteils ohne Hilfsmaßnahmen nicht in gewünschter Qualität abbildbar ist. Der erste Bereich, der ausgehend von der Grundebene herstellbar ist, bildet dabei den einfachen Teilabschnitt. Demgegenüber lässt sich derjenige Bereich, welcher nicht ohne Hilfsmaßnahmen herstellbar ist als schwieriger Teilabschnitt abgrenzen.
  • Im folgenden Schritt ist die Bestimmung einer Stützstruktur erforderlich, welche die Herstellung des schwierigen Teilabschnitts im vorgesehenen Pulverbett-Fertigungsprozess ermöglicht.
  • Mit der Definition des Bauteils umfassend das Fertigteil und die Stützstruktur, kann nunmehr die eigentliche Herstellung des Bauteils im Pulverbett-Fertigungsprozess erfolgen, indem schichtweise ein pulverförmiges Material in einen Bauraum eingebracht wird, wobei die Geometrie des Bauteils durch ein Aufschmelzen des pulverförmigen Materials Schicht für Schicht abgebildet wird. Hierbei wird ein energieintensiver Strahl - in der Regel ein Laserstrahl - eingesetzt, welcher am jeweiligen Strahlmittelpunkt zu einem Aufschmelzen des umgebenden pulverförmigen Materials führt.
  • Wesentlich für die erfindungsgemäße Ausführung ist dabei die Anbindung der Stützstruktur an den einfachen Teilabschnitt über eine erste Teilanbindung, wobei die erste Teilanbindung entsprechend der erfindungsgemäßen oder einer hierzu vorteilhaften Ausführung durch den schichtweisen Aufschmelzprozess abgebildet wird.
  • Die korrekte Abbildung des Fertigteils unter Zuhilfenahme der Stützstruktur, insbesondere unter Berücksichtigung der erfindungsgemäßen Ausführung der ersten Teilanbindung, wird begünstigt, wenn vorteilhaft in jeder Schicht zunächst die Geometrie der Stützstruktur und erst nachfolgend die Geometrie des Fertigteils erzeugt wird.
  • Wesentlich für die Erfindung ist es, dass die Verbindungspunkte möglichst klein ausgeführt sind, aber dennoch die hinreichende Stabilität zur Sicherung der Lage der Stützstruktur gegeben ist. Unter Berücksichtigung, dass um den Strahlmittelpunkt herum ein Aufschmelzen des umgebenden Materials erfolgt, ist es zur Erzielung kleiner Verbindungspunkte besonders vorteilhaft, wenn der Strahlmittelpunkt bei der Erzeugung der Verbindungspunkte in jedem Fall vom Fertigteil, d.h. von der danach erzeugten Geometrie des Fertigteils, beabstandet ist. Hierdurch wird erreicht, dass die Verbindungspunkte kleiner als die Breite des beidseitig des Laserstrahls aufgeschmolzenen Materials gewählt werden können. Es ist offensichtlich, dass für die erfindungsgemäße Ausführung in der ersten Teilanbindung der Strahlmittelpunkt neben den Verbindungspunkten vom Fertigteil beabstandet sein muss, da neben den Verbindungspunkten keine unmittelbare Verbindung zwischen der Stützstruktur und dem Fertigteil vorgesehen ist.
  • Es ist offensichtlich, dass der Abstand vom Strahlmittelpunkt zum Fertigteil nicht größer sein darf als es einem Radius des vom Strahl aufgeschmolzenen Materials entspricht, um die tatsächliche Verbindung der Stützstruktur mit dem Fertigteil in dem jeweiligen Verbindungspunkt gewährleisten zu können.
  • Es hat sich gezeigt, dass die Realisierung kleiner Verbindungspunkte vorteilhaft erreicht werden kann, wenn der Abstand vom Strahlmittelpunkt zum Fertigteil zumindest 0,05 mm beträgt. Somit kann sichergestellt werden, dass die Breite des Verbindungspunktes kleiner ist als die Breite des vom Strahl aufgeschmolzenen Materials. Besonders vorteilhaft ist, wenn der Abstand vom Strahlmittelpunkt zum Fertigteil zumindest 0,1 mm beträgt.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn in der ersten Teilanbindung zwar neben den Verbindungspunkten keine unmittelbare Verbindung zwischen der Stützstruktur und dem Fertigteil vorhanden ist, der Abstand zwischen den beiden Abschnitten jedoch möglichst gering ist. Dieses verbessert eine Wärmeabfuhr von der Stützstruktur auf das Fertigteil und erhöht die Stabilität der Verbindung. Daher ist es von Vorteil, wenn der Abstand vom Strahlmittelpunkt bei der Fertigung der Stützstruktur im Bereich der ersten Teilanbindung zum Fertigteil maximal 1,5 mm beträgt. Dies gilt für zumindest der halben Ausdehnung der ersten Teilanbindung. Vorzugsweise wird ein Abstand von maximal 1 mm eingehalten. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn der Abstand geringer oder höchstens 0,7 mm beträgt. Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, wenn über einen möglichst großen Anteil der ersten Teilanbindung, beispielsweise über einen Flächenanteil von zumindest 90%, der Abstand höchstens 1,5 mm bzw. bevorzugt höchstens 1 mm bzw. besonders bevorzugt höchstens 0,7 mm beträgt.
  • Beim typischerweise eingesetzten Herstellungsverfahren im Pulverbett-Fertigungsprozess ist die Ausdehnung des Schmelzpunktes, d. h. die Breite und die Tiefe des aufgeschlossenen Materials, ausgehend vom Strahlmittelpunkt, nicht nur abhängig von beispielsweise der Intensität des Strahl, sondern weiterhin abhängig von der Position des Bauteils im jeweiligen Bauraum. Dies beruht insbesondere aufgrund der unterschiedlicher Auslenkung des Strahls je nach Position im Bauraum. Entsprechend weist das Bauteil eine örtlich spezifische Schmelzpunktausdehnung als Mittelwert von lokaler Breite und Tiefe auf.
  • Wird nunmehr der Herstellungsprozess, bezogen auf die Erzeugung der einzelnen Verbindungspunkte betrachtet, so ist in besonders vorteilhafter Weise der äquivalente Durchmesser kleiner als die spezifische Schmelzpunktausdehnung, bestimmt an der Position des jeweiligen Verbindungspunktes.
  • Weiterhin lässt sich ein spezifischer Schmelzradius als Ausdehnung des aufgeschmolzenen pulverförmigen Materials, ausgehend vom Strahlmittelpunkt gemessen, senkrecht zum Fertigteil bestimmen.
  • Zur Erzielung eines hinreichend kleinen Querschnitts bei der Erzeugung der Verbindungspunkte ist vorteilhaft, einen Abstand vom Strahlmittelpunkt zum Fertigteil von zumindest dem 0,1-fachen Schmelzradius einzuhalten. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn der Abstand zumindest dem 0,5-fachen Schmelzradius entspricht, wodurch ein besonders kleiner Querschnitt des jeweiligen Verbindungspunktes realisierbar wird.
  • Dabei sollte jedoch eine hinreichende Stabilität beachtet werden. Dazu ist es vorteilhaft, wenn der Abstand vom Strahlmittelpunkt zum Fertigteil maximal dem 0,9-fachen Schmelzradius entspricht. Besonders vorteilhaft entspricht der Abstand bei der Erzeugung des jeweiligen Verbindungspunktes höchstens dem 0,8-fachen Schmelzradius.
  • Wird nunmehr der vorteilhaft geringe Abstand von der Stützstruktur zum Fertigteil im Bereich der ersten Teilanbindung betrachtet, so wird vorteilhaft der Strahl derart geführt, dass der Abstand über den mehrheitlichen Teil der ersten Teilanbindung maximal dem 10-fachen Schmelzradius entspricht. Somit kann eine Wärmeübertragung über das zwischen der Stützstruktur und dem Fertigteil liegende pulverförmige Material erfolgen. Vorteilhafter ist es dabei, wenn der Abstand höchsten dem 5-fachen Schmelzradius entspricht. Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein möglichst geringer Abstand zwischen der Stützstruktur und dem Fertigteil gewählt wird, bei der es jedoch nicht zu einer unmittelbaren Verbindung zwischen der Stützstruktur und dem Fertigteil in der ersten Teilanbindung (d.h. naheliegend ohne Betrachtung von Verbindungspunkten und der möglichen Brückenelemente) kommt. Entsprechend wird besonders vorteilhaft ein Abstand von höchstens dem 0,3-fachen Schmelzradius gewählt. Hierdurch wird eine Wärmeübertragung über die geringe zwischenliegenden Pulverschicht erheblich verbessert.
  • Die Verwendung eines energieintensiven, entlang einer Bahn verlaufenden Strahls, führt jeweils am Ende einer derartigen Bahn zu einer abgerundeten Aufschmelzzone. In der ersten Teilanbindung wird die Verbindung zwischen der Stützstruktur und dem Fertigteil nur durch die Verbindungspunkte - oder die Verbindungspunkte und dem Brückenelement - erzeugt, wobei erfindungsgemäß die Verbindungspunkte möglichst klein sein sollen. Um nunmehr den durch den Aufschmelzprozess resultierenden Querschnitt des jeweiligen Verbindungspunktes möglichst genau festlegen zu können, ist es vorteilhaft, wenn der Vektor, entlang dessen der Strahl bei der Abbildung der Stützstruktur geführt wird, mit demjenigen Vektor, entlang dessen der Strahl bei Abbildung des Fertigteils geführt wird, fluchtet. Somit treffen die gegenüberliegenden Aufschmelzzonen am Ende des jeweiligen Vektors bzw. des Strahls bei der Abbildung der Stützstruktur auf der einen Seite und bei der Abbildung des Fertigteils auf der anderen Seite in den Verbindungspunkten aufeinander. Dies ermöglicht die vorteilhafte vorherige Bestimmung des Querschnitts des jeweiligen Verbindungspunktes bei festgelegten Vektoren für den Strahl.
  • In den nachfolgenden Figuren werden beispielhafte Ausführungsformen für ein erfindungsgemäßes Bauteil gezeigt:
    • Fig. 1
    eine erste schematische Darstellung für ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Bauteils;
    Fig. 2
    eine zweite schematische Darstellung für ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemäßen Bauteils;
    Fig. 3
    eine Darstellung des Fertigteils als Bestandteil des Bauteils von Fig. 1;
    Fig. 4
    eine Explosionsdarstellung des Bauteils von Fig. 1 aufgeteilt in den einfachen Teilabschnitt, den schwierigen Teilabschnitt und die Stützstruktur;
    Fig. 5
    skizzenhaft die erste Teilanbindung zwischen dem einfachen Teilabschnitt und der Stützstruktur;
    Fig. 6
    eine Detailansicht auf einen Verbindungspunkt sowie ein Brückenelement der ersten Teilanbindung;
    Fig. 7
    eine Detailansicht mit einer schematischen Darstellung des Herstellungsverfahrens zur Abbildung der Verbindungspunkte.
  • In der Figur 1 wird rein schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Bauteil 01 skizziert, welches 01 ein Fertigteil 02 und eine Stützstruktur 05 aufweist. Für nachfolgende Prozesse wird im Grunde nur das Fertigteil 02 benötigt, während demgegenüber die Stützstruktur 05 lediglich den Herstellungsprozess ermöglichen soll und insofern eigentlich unerwünscht ist.
  • Vorgesehen ist, dass das Bauteil 01 in einem Pulverbett-Fertigungsprozess hergestellt wird. Hierbei wird das Bauteil 01, ausgehend von einer Grundebene 09 aufgebaut. Insofern wird das Bauteil 01 auf einer Seite durch eben jene Grundebene 09 begrenzt. Die Grundebene 09 erstreckt sich in einer X-Richtung und einer Y-Richtung und definiert eine Z-Richtung, in der das Bauteil 01 schichtweise aufgebaut wird.
  • Das vorgesehene Herstellungsverfahren schränkt hierbei die mögliche Gestaltung des Bauteils ein, da in Abhängigkeit von der Geometrie die Abbildung dieser Geometrie mitunter nicht ohne weiteres möglich ist. Dies führt zu einer möglichen Abgrenzung des Fertigteils 02, in einen Bereich, dem einfachen Teilabschnitt 03, welcher 03 ohne weiteres im vorgesehenen Herstellungsprozess herstellbar ist. Demgegenüber weist das Fertigteil 02 einen weiteren Bereich auf, den schwierigen Teilabschnitt 04, welcher 04 ohne Hilfsmaßnahmen nicht im vorgesehenen Herstellungsprozess fehlerfrei abbildbar ist. In diesem Ausführungsbeispiel ragt der schwierige Teilabschnitt 04, angebunden über Rippen 07 an den einfachen Teilabschnitt 02, frei in Richtung der Grundebene 09, ohne dass es möglich wäre, den schwierigen Teilabschnitt 04 ausgehend von der Grundebene 09 aufzubauen.
  • Um nunmehr die Herstellung des Fertigteils 02 mit dem schwierigen Teilabschnitt 04 zu ermöglichen ist eine Stützstruktur 05 erforderlich. Die Stützstruktur 05 ist hierbei über eine erste Teilanbindung 21 mit dem einfachen Teilabschnitt 03 und über eine zweite Teilanbindung 22 mit dem schwierigen Teilabschnitt 04 verbunden.
  • In der Figur 2 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Bauteil 11 schematisch skizziert. Dieses 11 umfasst gleichfalls ein Fertigteil 12 sowie eine Stützstruktur 15. Dabei weist das Fertigteil 12 eine zur Grundebene 09 offene, topfartige Gestalt auf. Hierbei bildet die senkrechte, sich in der Z-Richtung erstreckende Wand einen einfachen Teilabschnitt 13 und die waagerechte, sich parallel zur Grundebene 09 erstreckende Wand den schwierigen Teilabschnitt 14.
  • In diesem Falle wäre es zwar möglich, eine Stützstruktur ausgehend von der Grundebene 09 bis zum schwierigen Teilabschnitt 14 vorzusehen, jedoch wäre diese dann unverhältnismäßig groß auszuführen. Daher ist auch hier vorgesehen, dass eine Stützstruktur 15 eingesetzt wird, welche 15 über eine erste Teilanbindung 31 mit dem einfachen Teilabschnitt 13 und über eine zweite Teilanbindung 32 mit dem schwierigen Teilabschnitt 14 verbunden ist.
  • In der Figur 3 wird nunmehr das Fertigteil 02 des Bauteils aus Fig. 01 skizziert, wobei nur eine Hälfte dargestellt ist. Zu erkennen ist der Aufbau des Fertigteils 02 ausgehend von der Grundebene 09, welche 09 sich in einer X-Richtung und Y-Richtung erstreckt, in Richtung der Z-Achse. Bei dem schichtweisen Aufbau im Pulverbett-Herstellungsverfahren ist der einfache Teilabschnitt 03 herstellbar, während demgegenüber der schwierige Teilabschnitt 04 quasi frei in der Luft hängt und somit der Anfang für den schichtweisen Aufbau fehlt. Entsprechend ist hier die Stützstruktur 05 erforderlich.
  • Hierzu zeigt die Figur 4 die Aufteilung des Bauteils 01 - gleichfalls ist wiederum nur eine Hälfte dargestellt - umfassend einen einfachen Teilabschnitt 03 und einen schwierigen Teilabschnitt 04 des Fertigteils 02 sowie die Stützstruktur 05.
  • In der Figur 5 wird der Bereich der ersten Teilanbindung 21 des Bauteils 01 schematisch dargestellt. Grundsätzlich ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Verbindung zwischen dem einfachen Teilabschnitt 03 des Fertigteils 02 der Stützstruktur 05 von einer Vielzahl an kleinen Verbindungspunkten 24 realisiert wird, und zwischen den Verbindungspunkten 24 ein geringer freier Abstand verbleibt.
  • Weiterhin zu erkennen ist, dass am zur Grundebene 09 weisenden Rand der ersten Teilanbindung 21 eine im Verhältnis zu den Verbindungspunkten 24 breitere Anbindung in Form eines Brückenelements 23 vorhanden ist.
  • Hierzu skizziert die Figur 6 im Detail die erste Teilanbindung 21 im Bereich des Brückenelements 23 sowie des sich darüber befindenden Verbindungspunktes 24. Das Brückenelement 23 ist am unteren Rand der Stützstruktur 05 als Verbindung zum Fertigteil vorgesehen, um anfänglich eine hinreichende Wärmeabfuhr gewährleisten zu können. Dabei sollte jedoch auch die Breite 25 des Brückenelements möglichst gering gewählt werden. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Brückenelement über wenige Schichten hinweg im Pulverbett-Herstellungsprozess abgebildet wird.
  • Demgegenüber ist auf jeden Fall anzustreben, dass die Verbindungspunkte 24 möglichst klein gewählt werden. Insbesondere sollte erreicht werden, dass ein äquivalenter Durchmesser 26 des Verbindungspunktes 24 kleiner ist als die übliche Breite des durch den Herstellungsprozess aufgeschmolzenen Materials. Somit kann im nachfolgenden Prozess eine leichtere Entfernung der Stützstruktur 05 vom Fertigteil 02 erreicht werden.
  • Weiterhin zu erkennen ist, dass der Abstand 27 zwischen der Stützstruktur 05 dem Fertigteil 02 in der ersten Teilanbindung 21 gering gewählt ist. Zwischen der Stützstruktur 05 und dem Fertigteil 02 kommt es dabei naheliegend zum Einschluss von Partikeln 08 des beim Herstellungsprozess eingesetzten pulverförmigen Materials. Der geringe Abstand begünstigt eine Wärmeübertragung von der Stützstruktur 05 auf das Fertigteil 02 über die zwischenliegenden eingeschlossenen Partikel 08.
  • Die Herstellung des Bauteils 01 im vorgesehenen Pulverbett-Herstellungsprozess im Bereich der ersten Teilanbindung 21 wird schematisch in der Figur 7 skizziert. Auf rechter Seite ist ansatzweise Stützstruktur 05 skizziert. Gegenüberliegend auf linker Seite befindet sich abschnittsweise das Fertigteil 02. Im Herstellungsprozess erfolgt mittels eines energieintensiven Strahls ein Aufschmelzen der umliegenden Partikel. Hierbei wird der jeweilige Strahl entlang eines Vektors 31, 32 geführt. Um den Strahlenmittelpunkt herum gibt es eine Schmelzzone mit einer Schmelzpunktausdehnung 33. Weiterhin lässt sich am Ende eines jeweiligen Vektors ein Schmelzradius 34 ermitteln, welcher 34 die Ausdehnung der Schmelzzone, ausgehend vom Strahlmittelpunkt, am Ende des Vektors in Richtung Fertigteil 02 angibt.
  • Wie aus der Darstellung zu erkennen ist, weist der jeweilige Verbindungspunkt 24 einen äquivalenten Durchmesser 26 auf, welcher 26 kleiner ist als es der Schmelzpunktausdehnung 33 entspricht. Um dieses zu erreichen, wird vorteilhaft ein Abstand 35 vom Strahlmittelpunkt zum Fertigteil 02 bei der Abbildung der Verbindungspunkte 24 gewählt, welcher 24 geringer ist als der Schmelzradius 34, aber vorteilhaft größer als der 0,6-fache Schmelzradius 34.
  • Weiterhin kann der Darstellung die Lage der jeweiligen Vektoren 31 zur Abbildung des Fertigteils 02 und der Vektoren 32 zur Abbildung der Stützstruktur 05 entnommen werden. Zur Gewährleistung eines definierten, vorhersagbaren äquivalenten Durchmessers 26 des Verbindungspunkte 24 ist in diesem Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die Vektoren 31, 32 miteinander fluchten.
  • Wie zuvor ausgeführt ist, ist es vorteilhaft, wenn der Abstand 27 zwischen der Stützstruktur 05 und dem Fertigteil 02 möglichst klein gewählt wird. Dabei ist jedoch eine unkontrollierte Verbindung zwischen den Verbindungspunkten 24 zu vermeiden. Daher ist vorgesehen, dass der Abstand 36 von Strahlmittelpunkt zum Fertigteil 02 in der ersten Teilanbindung 21 zwischen den Verbindungspunkten 24 ungefähr dem 2-fachen bis 3-fachen Schmelzradius 34 entspricht.

Claims (14)

  1. Bauteil (01, 11) hergestellt in einem Pulverbett-Fertigungsprozess, insbesondere aus einem metallischen Werkstoff bestehend, ausgehend von einer Grundebene (09), welche (09) sich in einer X-Richtung und einer Y-Richtung erstreckt und eine senkrechte Z-Richtung definiert, umfassend
    - ein Fertigteil (02, 12) mit zumindest einem einfachen Teilabschnitt (03, 13), welcher (03, 13) ausgehend von der Grundebene (09) ohne eine Stützstruktur (05, 15) herstellbar ist, und mit zumindest einem schwierigen Teilabschnitt (04, 14), welcher (04, 14) von der Grundebene (09) beabstandet ist und nicht ohne eine Stützstruktur (05, 15) herstellbar ist, und
    - eine Stützstruktur (05, 15), welche (05, 15) über einer erste Teilanbindung (21, 31) mit dem einfachen Teilabschnitt (03, 13) und über eine zweite Teilanbindung (22, 32) mit dem schwierigen Teilabschnitt (04, 14) verbunden ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die erste Teilanbindung (21, 31) von keinem oder zumindest einem Brückenelement (23) und einer Vielzahl Verbindungspunkte (24) gebildet wird, wobei jedes vorhandene Brückenelement (23) eine Breite (25) von höchstens 2 mm und jeder Verbindungspunkt (24) einen äquivalenten Durchmesser (26) von höchstens 1 mm aufweist.
  2. Bauteil (01, 11) nach Anspruch 1,
    wobei die Querschnittsfläche der Verbindungspunkte (24) in Summe zumindest der 5-fachen, insbesondere zumindest der 20-fachen, Querschnittsfläche des/der Brückenelements/e (23) in Summe entspricht.
  3. Bauteil (01, 11) nach Anspruch 1 oder 2,
    wobei die Breite (25) des Brückenelements (23) höchstens 1 mm beträgt; und/oder
    wobei der äquivalente Durchmesser (26) höchstens 0,5 mm beträgt; und/oder
    wobei der Abstand zwischen den Verbindungspunkten (24) zumindest dem 2-fachen, insbesondere zumindest dem 5-fachen, des äquivalenten Durchmessers (26) entspricht.
  4. Bauteil (01, 11) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Abstand (27) zwischen dem Fertigteil und der Stützstruktur im zumindest mehrheitlichen Anteil der ersten Teilanbindung höchstens 1 mm, insbesondere höchsten 0,6 mm, beträgt.
  5. Bauteil (01, 11) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welches eine spezifische Schmelzpunktausdehnung (33) aufweist, wobei der äquivalente Durchmesser (26) kleiner ist als die spezifische Schmelzpunktausdehnung (33).
  6. Bauteil (01, 11) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Brückenelement (23) am zur Grundebene (09) weisenden Rand der ersten Teilanbindung (21, 31) angeordnet ist.
  7. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (01, 11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit den Schritten:
    - Bereitstellung eines Modells des Fertigteils (02, 12);
    - Bestimmung des einfachen Teilabschnitts (03, 13) und des schwierigen Teilabschnitts (04, 14);
    - Bestimmung der Stützstruktur (05, 15), welche (05, 15) über die erste Teilanbindung (21, 31) mit dem einfachen Teilabschnitt (03, 13) und über die zweite Teilanbindung (22, 32) mit dem schwierigen Teilabschnitt (04, 14) verbunden ist;
    - Herstellung des Bauteils (01, 11) in einem Pulverbett-Fertigungsprozess, bei dem mittels zumindest eines Strahles ein lokales Aufschmelzen eines pulverförmigen Werkstoffs erfolgt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7,
    wobei in jeder Schicht zunächst die Stützstruktur (05, 15) und nachfolgend das Fertigteil (02, 12) erzeugt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8,
    wobei der Strahlmittelpunkt bei Erzeugung der Verbindungspunkte (24) immer vom Fertigteil (02) beabstandet ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 9,
    wobei der Abstand (35) vom Strahlmittelpunkt zum Fertigteil (02, 12) bei der Erzeugung der Verbindungspunkte (24) zumindest 0,05 mm, insbesondere zumindest 0,1 mm, beträgt.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
    wobei der Abstand (35, 36) vom Strahlmittelpunkt zum Fertigteil (02, 12) bei Erzeugung der ersten Teilanbindung (21, 311) in zumindest dessen halber Fläche maximal 1,5 mm, insbesondere maximal 1 mm, beträgt.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11,
    welches positionsabhängig eine spezifische Schmelzpunktausdehnung (33) aufweist, wobei der äquivalente Durchmesser (26) kleiner ist als die spezifische Schmelzpunktausdehnung (33) an der Position des Verbindungspunktes (24); und/oder
    welches positionsabhängig einen spezifischen Schmelzradius (34) gemessen vom Strahlmittelpunkt senkrecht zum Fertigteil (02, 12) aufweist, wobei der Abstand (36) vom Strahlmittelpunkt zum Fertigteil (02, 12) bei der Erzeugung der Verbindungspunkte (24) zumindest dem 0,1-fachen und maximal dem 0,9-fachen, insbesondere zumindest dem 0,5-fachen und/oder maximal dem 0,8-fachen, Schmelzradius (34) entspricht.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12,
    welches positionsabhängig einen spezifischen Schmelzradius (34) gemessen vom Strahlmittelpunkt aus senkrecht zum Fertigteil (02, 12) aufweist, wobei der Abstand (35, 36) vom Strahlmittelpunkt zum Fertigteil (02, 12) bei Erzeugung der ersten Teilanbindung (21, 31) in zumindest dessen halber Fläche maximal dem 10-fachen, insbesondere maximal dem 5-fachen, insbesondere maximal dem 3-fachen, Schmelzradius (34) entspricht.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13,
    wobei der Strahl jeweils entlang eines Vektors (31, 32) geführt wird, wobei jeder Vektor (32) bei der Abbildung der Stützstruktur (05, 15) jeweils mit einem Vektor (31) bei der Abbildung des Fertigteils (02, 12) fluchtet.
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